转基因植物对土壤污染相关研究_刘燕霞.pdf

第 1 期第 53 卷工业微生物作者简介：刘燕霞（1989.01），女，汉族，山东滨州人，本科，滨州市技师学院，助教，研究方向：环境工程，E-mail：。转基因植物对土壤污染相关研究刘燕霞滨州市技师学院，山东 滨州 256600摘要：随着转苏云金芽孢杆菌基因（Bacillus thuringiensis,Bt）作物（后面全用转 Bt 基因作物代替）的推广应用，有关转 Bt 基因作物对土壤中微生物的生态风险尚无统一的结论。丛枝菌根(Arbusular Mycorrhiza,AM）真菌在土壤中分布广泛，是监测转 Bt 基因作物生态风险评估的重要微生物群落。Bt 杀虫蛋白的表达及释放，可能会使 AM 真菌共生过程中一些重要阶段的生态共生效应受到影响。转 Bt 基因作物对 AM 真菌的影响可作为转 Bt 基因作物生态风险评价的重要指标。文章以紫云英为宿主植物，通过盆栽实验，人为添加提取的 Bt 蛋白，检测 Bt 蛋白对 AM 真菌侵染率、酶的活性以及生物量的影响，以探索 Bt 蛋白对 AM 真菌侵染性及共生效应的影响，从而为转 Bt 基因作物的生态风险评估提供参考。关键词：苏云金芽孢杆菌基因蛋白；丛枝菌根真菌；侵染doi：10.3969/j.issn.1001-6678.2023.01.009自从转基因作物大面积种植以来1，转基因作物就以每年 10%的增速迅猛发展。转 Bt 基因作物种植会产生外源 Bt 蛋白，这种 Bt 蛋白会不断地进入土壤中，并且 Bt 蛋白的作用会持续很长时间2。Bt蛋白的积累有导致生态风险的可能性，也就此引起了世界性的“生物安全论”战3。土壤中微生物种群的变化可以用来衡量转 Bt 基因作物对土壤生态系统产生影响的指标。AM 真菌对土壤生态系统的变化非常敏感，当土壤生态系统发生改变时，AM 真菌在根段的侵染率、生物量会表现出明显的改变。因此 AM 真菌可以用来检测转 Bt 蛋白作物的生态风险。目前为止，大部分研究都集中在侵染率方面。如果 Bt 作物能够抑制 AM 真菌，那么不仅仅是侵染率会发生改变，AM 真菌的群落结构也会发生相应的改变。当前关于 Bt 蛋白对 AM 真菌的影响研究主要集中在室内盆栽实验，转 Bt 基因作物对土壤功能性微生物的研究少有报道。1方法实验分接种和不接种处理，有 10 个重复，分别加入不同的 Bt 蛋白（浓度分别为 0 ng/g、50 ng/g、200 ng/g、2000 ng/g），盆栽钵为黑色塑料钵，每钵加入沙子 180 g，再加入一定量的水浸润土壤，在接种处理时加入 AM 真菌接种剂的量为 36 g，每钵种入2 株已催芽的紫云英，分三次收获（15 d、26 d、36 d）。植物在光照室中生长，白天温度为 25，晚上为 18，每天光照 14 h。定期浇灌含磷 1/10Hoagland（霍格兰）营养液。1.1侵染率的测定用清水把根洗净，并随机取样放入 15%KOH 溶液中，在 121 下消化 2030 min，用蒸馏水轻轻洗净根样，将根浸入 2%盐酸中静置 30 min，中和残留的 KOH 溶液；用蒸馏水洗去盐酸，再加入 0.08%的锥盼蓝溶液，在室温下静置 24 h 进行染色。染色后用 50%的甘油洗去根的浮色，随机挑取根段在显微镜下观察侵染情况。（此过程在 10 mlPA 瓶进行）用Mycorr 软件计算根段的侵染率。1.2丛枝菌根真菌酶活性的测定主要测碱性磷酸酶（ALP）和琥珀酸脱氢酶（SDH)。先将根用蒸馏水洗净，放在冰上，取约 1 g 根段放入小瓶中，加入水解液，室温下静置 2 h，蒸馏水冲洗根段，分两份装入标明 SDH 和 ALP 的两个小瓶中，分别加入 SDH 染液和 ALP 染液，室温下静置24 h，用蒸馏水冲洗根段，根表面的浮色分别用 3%第 53 卷第 1 期2023 年 2 月工业微生物Industrial MicrobiologyVol.53 No.1Feb.202326-第 1 期第 53 卷050200 ng g-12000 ng g-10.250.20.150.10.050未接种疫苗15 d26 d36 d*注：*为 P0.05 时，不同 Bt 蛋白浓度之间差异显著图 4Bt 蛋白对紫云英地上部分生物量的影响（不接种 AM 真菌）。15 d26 d36 d120100806040200*注：*为 P0.05，*为 P0.01 时，不同 Bt 蛋白浓度之间差异显著图 2Bt 蛋白对 ALP 活性的影响和 1%的次氯酸钠溶液洗去，把根剪成 1 cm 左右，随机挑取 30 条根段在显微镜下观察侵染情况，根据Mycorr 软件计算出琥珀酸脱氢酶和碱性磷酸酶染色的根段侵染率。1.3生物量的测定收获紫云英，用自来水冲洗干净根部的沙子，用纸吸干紫云英上的水分，用剪刀把地上部分和根分开，分别称量它们的质量。2结果和分析2.1侵染率Bt 蛋白对 AM 真菌侵染率的影响。图 1 看出 Bt蛋白在前期对 AM 真菌的侵染性有一定的抑制作用，但随着时间的延长，对侵染性的抑制效应有所下降。图 1Bt 蛋白对 AM 真菌侵染率的影响。2.2酶活性图 2 中，15 d 时，随着 Bt 蛋白浓度的升高 ALP的活性明显下降，在 26 d 和 36 d 时 ALP 的活性下降得不明显。图 3 中，在 15 d 和 26 d 时，随着 Bt 蛋白浓度的升高 SDH 的活性变化不明显，在 36 d 时随着浓度的升高，SDH 的活性略有下降。从酶的活性方面看，Bt 蛋白对 AM 真菌侵染性在早期有一定的抑制作用。图 1 到图 3 误差线代表 3 个平行的标准差。2.3生物量Bt 蛋白对 AM 真菌生物量的影响见图 4图7。从图的对比中可以看出，接种 AM 真菌的紫云英生物量明显大于不接种的生物量；由图 4 和图 5 可以看出，不接种 AM 真菌的紫云英用不同的 Bt 蛋白浓度处理对紫云英的生物量时没有明显的作用；由图 6、图 7 可以看出，接种 AM 真菌的紫云英在 15 d时随着 Bt 蛋白浓度的升高生物量有所下降，26 d 和36 d 时生物量变化不明显。从生物量方面看，Bt 蛋白对 AM 真菌侵染性在前期有一定的抑制作用，但后期的抑制作用不明显，在一定程度上 Bt 蛋白会对AM 真菌的共生效应产生影响。图 4 到图 7 误差线代表 10 个标准差。050200200015 d26 d36 d12010080604020012010080604020015 d26 d36 d刘燕霞：转基因植物对土壤污染相关研究图 3Bt 蛋白对 SDH 活性的影响。浓度/ng g-1浓度/ng g-1浓度/ng g-105020020000502002000浓度/ng g-127-第 1 期第 53 卷工业微生物注：*为 P0.05 时，不同 Bt 蛋白浓度之间差异显著图 5Bt 蛋白对紫云英地下部分生物量的影响（不接种 AM 真菌）注：*为 P0.05 时，不同 Bt 蛋白浓度之间差异显著图 6Bt 蛋白对紫云英地上部分生物量的影响（接种 AM 真菌）3讨论从本实验可以看出，Bt 蛋白对 AM 真菌的侵染性有一定的抑制作用，这种作用在前期对侵染率、ALP的活性和生物量等方面表现得非常明显，但是在后期和 SDH 活性方面表现得不明显。本实验采用的紫云英为生长一周的幼苗，可能对 Bt 蛋白有一定的抵抗作用，也可能与 Bt 蛋白在沙中的活性及残留时间有关，使得实验结果不明显。参考文献1 孙彩霞,陈利军,武志杰.转 Bt 基因作物毒素土壤存活特性及与土壤性质的关系研究进展 J.应用生态学报,2002(11):1478-1482.2 王建武,冯远娇,骆世明.转基因作物对土壤生态系统的影响 J.应用生态学报,2002(04):491-494.3 姚勤,王勇,陈克平.转基因产品的安全性 J.农业环境与发展,2002,19(6):25-28.050200200015 d26 d36 d0.250.20.150.10.050未接种疫苗*050200200015 d26 d36 d0.450.40.350.30.250.20.150.10.050*AbstractWith the popularization and application of transgenic Bacillus Thuringiensis(Bt)crops(all of which are replaced bytransgenic Bt crops later),there is no uniform conclusion about the ecological risk of Bt crops to soil microorganisms.ArbuscularMycorrhiza(AM)fungi are widely distributed in the soil and are important microbial communities for monitoring the ecological riskassessment of Bt crops.The expression and release of Bt insecticidal protein may affect the ecological symbiotic effect of someimportant stages in the symbiotic process of AM fungi.The impact of Bt crops on AM fungi can be used as an important indicator forecological risk assessment of Bt crops.In this paper,Astragalus sinicus L was used as the host plant.Through pot experiment,theextracted Bt protein was artificially added to detect the influence of Bt protein on the infection rate,enzyme activity and biomass ofAM fungi,so as to explore the influence of Bt protein on the infectivity and symbiotic effect of AM fungi,thus providing a referencefor the ecological risk assessment of Bt crops.Key wordsbacillus thuringiensis protein;arbusular mycorrhiza fungi;infectionStudy on Soil Pollution Caused by Transgenic PlantsLIU YanxiaBinzhou Technicians College,Binzhou 256600,China15 d26 d36 d已接种0.450.40.350.30.250.20.150.10.050*注：*为 P0.05 时，不同 Bt 蛋白浓度之间差异显著图 7Bt 蛋白对紫云英地下部分生物量的影响（接种 AM 真菌）已接种浓度/ng g-1浓度/ng g-1浓度/ng g-1050200200028-